【正文】 在此特向我的指導(dǎo)老師致以最衷心的感謝和最崇高的敬意，感謝指導(dǎo)老師對我的培養(yǎng)、關(guān)懷和教導(dǎo)。在我的學(xué)業(yè)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究中無不傾注著心血和辛勞。 參考文獻(xiàn)1. 周沛，何為，[J]，重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008年10月第5期2. [M],北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 3. 杜維，張宏建，[M],北京：化學(xué)工業(yè)出版社，19984. [D], 山東科技大學(xué)工程碩士論文,2004年6月5. 宋樂鵬，[J]，自動化技術(shù)與應(yīng)用，2007年第26卷第10期6. 王玉琦，[J],技術(shù)與應(yīng)用，傳感器世界，1998,47. 楊軍，答嘉曦，余調(diào)琴，計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2006年第6期　8. [J]，重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院,自動化與儀器儀表，1999年第1期9. [J], 自動化儀表, 2007年9月10. [D], 重慶大學(xué)動力工程學(xué)院,2006年5月11. [J],自動化儀表第22卷第6期,2001年6月12. 趙衛(wèi)東，辛宏，王元，[J], 儀器儀表學(xué)報(bào)第22卷第4期增刊,2001年8月13. [J],鋼鐵第31卷第9期，1996年9月14. [D],遼寧科技大學(xué)電信學(xué)院,2007年3月15. [J]，重慶大學(xué)自動化學(xué)院，2002年10月16. [J]，東北大學(xué)，2005年2月17. [J]，1994年第2期18. 劉翠玲，[M]，中國林業(yè)出版社，北京大學(xué)出版社，2006年9月第1版19. [J]，昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002年12月第6期20. 胡彥邦，潘爵芬，丁超，[M]，冶金工業(yè)出版社，1985年8月第1版21. [M]，冶金工業(yè)出版社，1996年10月第2版22. [M],北京：化學(xué)工業(yè)出版社，附錄A 源程序 附錄B 組態(tài)圖致 謝本設(shè)計(jì)能順利完成，首先真誠感謝我的指導(dǎo)老師楊立清副教授和實(shí)驗(yàn)室的所有老師以及自始至終關(guān)心我的親人、同學(xué)們。它是一個(gè)可行的、高效率的系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)充分考慮了大中型企業(yè)的現(xiàn)狀和控制要求,可以應(yīng)用于大量類似的工況環(huán)境和場合。內(nèi)部的軟繼電器使系統(tǒng)在控制中能嚴(yán)格地起到互鎖作用, 增加了系統(tǒng)的可靠性, 簡化設(shè)備, 維修方便。在深入分析了PLC和DCS技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)采用西門子PLC系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的, 下位機(jī)采用的是PLC控制，用STEP 7Micro/WIN進(jìn)行程序的編制與調(diào)試，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用的是MCGS組態(tài)軟件，完成了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警及數(shù)據(jù)顯示、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。第五章 總結(jié)步進(jìn)式加熱爐是近年來加熱爐設(shè)計(jì)中一種熱門的新型爐子，其自動控制水平的高低對鋼坯的出鋼溫度、加熱爐設(shè)備的壽命、加熱爐的能耗等因素都有直接的決定作用。 系統(tǒng)硬件調(diào)試相應(yīng)的系統(tǒng)硬件也是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行,用一個(gè)設(shè)備來模擬控制對象。 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試分為兩大步驟,一是系統(tǒng)軟件調(diào)試；二是系統(tǒng)硬件調(diào)試。程序編制就是一些典型的控制環(huán)節(jié)的組合:(1)“與”關(guān)系控制；(2)“或”關(guān)系控制；(3)互鎖控制；(4)自鎖控制。它具有以下特點(diǎn):(1)有很多通用的控制模塊,包括系統(tǒng)本身控制、處理數(shù)據(jù)通信、傳統(tǒng)的設(shè)備控制等幾類,這些模塊使得編程簡單易懂且效率高；(2)對自動化工程各方面具有良好的用戶功能，如硬件的配置、參數(shù)設(shè)置、通訊的定義、診斷功能等；(3)可以方便地定義經(jīng)MPI、Profibus連接的自動化組件之間的周期性數(shù)據(jù)傳送；(4)能快速瀏覽CPU數(shù)據(jù)和用戶所寫程序在運(yùn)行中的故障原因[1]。 程序編制系統(tǒng)下位機(jī)采用STEP7Micro/ 。當(dāng)爐壓變送器處于故障狀態(tài)時(shí)，爐壓控制器被強(qiáng)制為手動狀態(tài)，煙道百葉窗維持原來的開度。爐壓控制器設(shè)自動(A)和手動(M)兩種模式。 爐膛壓力控制系統(tǒng)圖49 爐膛壓力控制系統(tǒng)子程序流程圖為防止冷風(fēng)倒灌和火焰從爐內(nèi)噴出，加熱爐內(nèi)應(yīng)保持微正壓。各加熱段內(nèi)置熱電偶用于檢測溫度,各段溫度控制器采用可編程控制器，熱電偶檢測的溫度與設(shè)定值比較，經(jīng)PLC計(jì)算后輸出4～20mA控制信號給執(zhí)行器調(diào)節(jié)爐溫。由于控制對象不同，所控制的精度有所不同，為了達(dá)到所需要的精度，所以在本設(shè)計(jì)采用基于西門子的可編程控制器與集散控制系統(tǒng)來控制爐膛內(nèi)的各段溫度。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，溫度控制技術(shù)得到了很大的進(jìn)步，其應(yīng)用的領(lǐng)域也不斷的擴(kuò)大。由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，所以溫度控制帶來的時(shí)滯效應(yīng)難題始終困擾著實(shí)際應(yīng)用，使得它對控制調(diào)節(jié)器要求極高。 溫度控制系統(tǒng)圖48 溫度控制系統(tǒng)子程序流程圖溫度控制是自動控制經(jīng)常討論的課題之一，它代表了一類自動控制的方法。圖45 加熱爐生產(chǎn)過程監(jiān)視畫面 系統(tǒng)流程圖 主程序流程圖圖46 步進(jìn)式加熱爐控制主程序流程圖 燃料與空氣比值控制系統(tǒng)圖47 燃料與空氣比值控制子程序流程圖在步進(jìn)式加熱爐的生產(chǎn)工藝中,加熱爐的空燃比值燃燒控制是一個(gè)相當(dāng)重要的部分,既要保證加熱爐的各段溫度達(dá)到一定數(shù)值,以滿足加熱鋼坯的需要,又要考慮燃料的經(jīng)濟(jì)成本。圖43 溫度和爐膛壓力實(shí)時(shí)趨勢畫面加熱爐各段爐溫及爐膛壓力是在運(yùn)行的當(dāng)前時(shí)刻存盤，對溫度和壓力的變化保持記憶, 隨時(shí)可任選顯示開始運(yùn)行后任一時(shí)間段的溫度和壓力的變化趨勢曲線。步進(jìn)式加熱爐控制系統(tǒng)的監(jiān)控顯示畫面如下：、報(bào)警畫面包括預(yù)熱段、加熱段、均熱段三段溫度的上下線報(bào)警和壓力上下線報(bào)警及報(bào)警描述。 MCGS軟件的分類：包括嵌入版組態(tài)軟件、通用版組態(tài)軟件、網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件。包括編寫控制程序(腳本程序)，選用各種功能構(gòu)件。也就是，要在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里定義一些變量與所要控制的設(shè)備中的變量一一對應(yīng)，以備建立的各個(gè)用戶窗口調(diào)用。（4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫:是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心。（3）用戶窗口:本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備，注冊設(shè)備驅(qū)動程序，定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。主要的組態(tài)操作包括：定義工程名稱，編制工程菜單，設(shè)計(jì)封面圖形，確定自動啟動的窗口，設(shè)定動畫刷新周期，指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。（1）主控窗口:是工程的主要窗口或主框架。也就是，在組態(tài)環(huán)境中你可以根據(jù)你最終要達(dá)到的控制要求去設(shè)計(jì)，運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行你設(shè)計(jì)好的組態(tài)工程。組態(tài)環(huán)境是生成應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，用戶在組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計(jì)、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報(bào)表等全部組態(tài)工作。MCGS能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。本系統(tǒng)中每個(gè)掃描周期內(nèi)調(diào)用子程序讀取模擬量模塊EM235采集值的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果,然后將其累加,當(dāng)采集次數(shù)達(dá)到預(yù)置的采集次數(shù)時(shí),將累加值除以采集次數(shù)得到平均值,然后將這個(gè)平均值作為本次采集的最終結(jié)果送回主程序。對于加熱爐這樣的大慣性的系統(tǒng)可以采用平均值的算法進(jìn)行濾波。上電初始化當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí),為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性,首先將系統(tǒng)的所有輸出點(diǎn)置為安全狀態(tài)。下位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)PLC與監(jiān)控級的通訊、PLC對升溫/恒溫過程的自動控制、故障診斷等子程序。它的指令向?qū)Чδ苡蠵ID自整定界面、PLC內(nèi)置脈沖串輸出(PTO)和脈寬調(diào)制(PWM)指令向?qū)?、?shù)據(jù)記錄向?qū)?、配方向?qū)В⑶抑С諸D 200和TD 200C文本顯示界面(TD 200向?qū)?。STEP 7Micro/WIN是在Windows平臺上運(yùn)行的SIMATIC S7200 PLC編程軟件，簡單、易學(xué)，能夠解決復(fù)雜的自動化任務(wù)，適用于所有SIMATIC S7200 PLC機(jī)型軟件編程，支持IL、LAD、FBD三種編程語言，可以在三者之間隨時(shí)切換，并且具有密碼保護(hù)功能。 STEP 7 MicroWIN SP3，它是一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)的Windows軟件，類似于Winword，Outlook等標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用軟件。上位組態(tài)采用的是橫河集散控制系統(tǒng)CENTUMCS3000軟件，用于畫面監(jiān)視、記錄報(bào)警等，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 軟件系統(tǒng)介紹系統(tǒng)軟件主要分為上位監(jiān)控組態(tài)軟件和下位機(jī)軟件及通信軟件。用戶在編輯過程中若對某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行修改，系統(tǒng)會自動對所有數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的校正，使用相當(dāng)方便。即在上位監(jiān)控站發(fā)出操作指令,通過PLC控制層的邏輯運(yùn)算,將上位監(jiān)控站發(fā)出的各種指令輸出到現(xiàn)場的設(shè)備,控制現(xiàn)場設(shè)備的工作,同時(shí)將現(xiàn)場設(shè)備當(dāng)前時(shí)刻的工作參數(shù),如水質(zhì)參數(shù)、流量、壓力、溫度、液位及運(yùn)行狀態(tài)等信息由現(xiàn)場上傳到上位監(jiān)控站上進(jìn)行顯示,并同時(shí)被送入系統(tǒng)創(chuàng)建的生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫,利用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù),控制不同工藝參數(shù)的變化快慢和重要程度,達(dá)到優(yōu)化控制的目的。通過PLC與DCS的通信，上位機(jī)對PLC數(shù)據(jù)的讀寫監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)向上級提供工藝流程圖、動態(tài)數(shù)據(jù)畫面、報(bào)表顯示等多種窗口技術(shù),使整個(gè)控制系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程調(diào)度的自動化和信息化。這就需要各種電氣設(shè)備密切配合,嚴(yán)格按照時(shí)序動作。本設(shè)計(jì)采用的是PLC控制器加DCS上位監(jiān)控的控制系統(tǒng)，PLC控制器作為控制系統(tǒng)的控制中樞,其內(nèi)部存儲著控制邏輯、梯形邏輯程序。采用這種方式使得本系統(tǒng)具有運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、數(shù)據(jù)分布合理、操作速度快、人機(jī)界面友好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。監(jiān)控系統(tǒng)選用研華工控機(jī)、菲利普22寸純平彩色顯示器構(gòu)成其工程師站和操作員站。HIS可以顯示各種畫面；如流程圖、控制組、趨勢、歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線等。橫河提供了系統(tǒng)接口和網(wǎng)絡(luò)接口，用于與不同廠家的系統(tǒng)、產(chǎn)品管理系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)和安全管理系統(tǒng)進(jìn)行通訊。CENTUMCS3000是以Windows為操作平臺，以開放式的結(jié)構(gòu)、靈活性和與現(xiàn)存系統(tǒng)兼容為特性的，可以以開放的、可靠的方式簡便的與信息系統(tǒng)相連，用于進(jìn)行監(jiān)視和控制工藝參數(shù)與工藝過程及信息交換的雙重化實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，具有構(gòu)造大型實(shí)時(shí)過程信息網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成多工段，多集控單元，全廠綜合管理與控制的綜合信息自動化系統(tǒng)。上位機(jī)采用的是橫河集散控制系統(tǒng)CENTUMCS3000軟件，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)真正開放的系統(tǒng)，CENTUMCS3000是將傳統(tǒng)CENTUM系列產(chǎn)品的可靠性,通用性,以及PC機(jī)環(huán)境的開放性融為一體，在集散控制系統(tǒng)(DCS)領(lǐng)域意味著一個(gè)新紀(jì)元的到來。底層漢化的軟件平臺具備強(qiáng)大的處理功能，并提供方便的組態(tài)復(fù)雜控制系統(tǒng)的能力與用戶自主開發(fā)專用高級控制算法的支持能力，易于組態(tài)，易于使用。系統(tǒng)具備開放的體系結(jié)構(gòu)，可以提供多層開放數(shù)據(jù)接口。DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中各臺計(jì)算機(jī)采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴(kuò)充系統(tǒng)功能時(shí)，可將新增計(jì)算機(jī)方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計(jì)算機(jī)的工作。此外，由于系統(tǒng)中各臺計(jì)算機(jī)所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以對需要實(shí)現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計(jì)算機(jī)，從而使系統(tǒng)中每臺計(jì)算機(jī)的可靠性也得到提高。DCS具有以下特點(diǎn)：（1）高可靠性。DCS是一個(gè)由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)、通信、顯示和控制等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。它是具有較強(qiáng)控制能力的控制器，該產(chǎn)品具有標(biāo)準(zhǔn)化程度高、可靠性高、操作性強(qiáng)、可維護(hù)性好、可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)。CPU 224具有1個(gè)RS485通信口，支持PPI、MPI通信協(xié)議，有自由口通信能力。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。 S7200的模塊選擇本設(shè)計(jì)選用西門子公司S7200系列PLC中的過程控制器CPU 224作為整個(gè)加熱爐控制系統(tǒng)的核心。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。該系統(tǒng)中配置了模擬量輸入/輸出模塊、數(shù)字量輸入/輸出模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、監(jiān)控模塊, 所有輸入/輸出模塊，全部采用光電隔離, 大大提高了系統(tǒng)抗干擾能力。S7200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：極高的可靠性、極豐富的指令集、易于掌握、便捷的操作、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。PLC的特點(diǎn)是：①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；②配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)；③操作簡